«Гиалуронка»

Гиалуроновая кислота ― природный линейный полисахарид, который состоит из регулярно чередующихся остатков глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина. Название происходит от греч. hyalos — стекловидный + уроновая кислота.

На самом деле более корректное название — гиалуронан, хотя практически всегда речь идет об одном и том же материале. Это обобщающее понятие семейства соединений, которые могут быть представлены в виде кислоты или соли. Дальнейшее наименование уже зависит от того, что именно изучают или используют ученые. Например, гиалуронат натрия — это натриевая соль гиалуроновой кислоты. Гиалуроновая кислота — природный полимер, который можно обнаружить в клетках, околоклеточном или межклеточном пространстве человека или животного.

Для живых организмов гиалуроновая кислота выполняет важные функции: участвует в процессе деления клеток, способствует переносу питательных веществ из клетки, а также удалению метаболитов из клетки, удерживает большое количество воды, участвует в процессах заживления, и так далее. Благодаря природному происхождению, она является универсальным, безопасным и биосовместимым веществом. 

Гиалуроновая кислота
Гиалуроновая кислота

Какие основные источники ее получения?  

Гиалуроновую кислоту впервые обнаружили и выделили из стекловидного тела глаза крупного рогатого скота К. Мейер и Джон У. Палмер в 1934 году. Источники животного происхождения, например, гребни кур, кожа акул, пуповина млекопитающих, до сих пор являются важным ресурсом для ее выделения.

Однако использование гиалуроновой кислоты, полученной из тканей живых организмов, может вызвать аллергическую реакцию по причине наличия эндотоксинов и белковых компонентов, которые не удалось удалить в процессе очистки.

Другим методом является бактериальный синтез: бактерии определенных штаммов выращиваются в питательной среде, за счет чего происходит биосинтез гиалуроновой кислоты. Такой метод даже интереснее с научной точки зрения, потому что позволяет получить гиалуроновую кислоту в широких пределах молекулярных масс. Однако стоит отметить, что только источники животного происхождения могут позволить получить гиалуроновую кислоту с наибольшей молекулярной массой.

Получение нановолокон на основе гиалуроновой кислоты в Университете ИТМО
Получение нановолокон на основе гиалуроновой кислоты в Университете ИТМО

Почему ее молекулярная масса так важна? 

От нее зависят структурные, биологические, химические, химико-физические и другие свойства вещества, а соответственно ― возможности и сферы его применения. Например, гиалуроновая кислота с молекулярной массой 20–200 кДа (кило Дальтон; Дальтон ― единица массы, применяемая для масс молекул, атомов, атомных ядер и элементарных частиц) участвует процессах эмбрионального развития, заживление ран и овуляции.

Напротив, гиалуроновая кислота с более высокой молекулярной массой (> 500 кДа) может действовать как естественный иммунодепрессант и обладает противовоспалительными свойствами.

Терапевтический эффект препаратов на основе гиалуроновой кислоты также напрямую зависит от молекулярной массы. А от ее способности к деградации будет зависеть длительность действия инъекции гиалуроновой кислоты или срока службы протеза, сделанного на ее основе. Чтобы восполнить пробел в исследованиях характеристик гиалуроновой кислоты, Пётр Снетков и его коллеги подготовили и опубликовали обзор, раскрывающий их зависимость от молекулярной массы биополимера.

Получение нановолокон на основе гиалуроновой кислоты в Университете ИТМО
Получение нановолокон на основе гиалуроновой кислоты в Университете ИТМО

Гиалуроновую кислоту действительно применяют для инъекций и протезирования?  

Начнем с простого. Присутствие гиалуроновой кислоты во многих тканях и жидкостях определяет ее использование в медицине и косметологии. Однако даже в этих сферах ее применение очень широко: от биоревитализирующей косметики для кожи и эндопротезов внутрисуставной жидкости до полимерных каркасов и заживляющих повязок для ран.

Благодаря свойству гиалуроновой кислоты образовывать прочные межмолекулярные и внутримолекулярные водородные связи, в том числе с использованием воды в качестве «мостика», обеспечивается впитывание и удержание воды в структуре полимерной сетки, что используют для создания увлажняющих косметических средств.

Исследование растворов для создания нановолокон
Исследование растворов для создания нановолокон

Не только инъекции

Перспективы применения гиалуроновой кислоты очень широки. Она привлекает внимание химиков, биохимиков и биоинженеров. Ученые считают, что с ее помощью можно будет создавать искусственные сосуды и каркасы для выращивания клеток, органов и тканей.

Другое прикладное направление разработок — раневые и ожоговые повязки из нановолокон на основе гиалуроновой кислоты, которые также смогут способствовать ускорению заживления послеоперационных швов.

Также гиалуроновая кислота может помочь в борьбе со злокачественными опухолями. Исследования уже подтвердили чувствительность раковых опухолей к наночастицам из полимеров. Создание наночастиц на основе биосовместимой и биодеградируемой гиалуроновой кислоты может обеспечить не только адресную доставку лекарств к пораженным участкам, но и пролонгированное действие применяемых фармацевтических субстанций.

Благодаря отрицательному заряду полимера, вокруг такой частицы не будет образовываться липидная оболочка, которая может закупоривать мелкие сосуды. Это может обеспечить возможность, в том числе внутривенного введения препаратов. Таким образом, нановолокна и наночастицы  — наиболее интересная, перспективная и актуальная сфера прикладных исследований.

Пётр Снетков в лаборатории
Пётр Снетков в лаборатории

Над чем работают ученые

Несмотря на то, что нановолокна и наночастицы успешно получают и исследуют в лабораториях, существует ряд нерешенных фундаментальных вопросов, связанных со свойствами гиалуроновой кислоты.

Полимер является гидрофильным, то есть растворяется только в воде. Внесение в раствор любого другого вещества, например сорастворителя, или неорганической соли, может заметно изменить физические и физико-химические свойства полимера. Актуальность исследований фундаментального характера можно объяснить также тем, что любой препарат или косметический продукт содержит, помимо самого биополимера, другие добавки (консерванты, биологически активные вещества и так далее), которые могут влиять в том числе на продолжительность терапевтического эффекта.

Также процесс электроспиннинга (метод, который используют ученые для создания нановолокон на основе гиалуроновой кислоты) накладывает определенные ограничения на прядильные растворы.

Водные растворы гиалуроновой кислоты обладают низкой скоростью испарения растворителя, высокими значениями вязкости и электропроводности при низкой концентрации полимера, что является препятствием для процесса электроформования.

Получение нановолокон на основе гиалуроновой кислоты в Университете ИТМО
Получение нановолокон на основе гиалуроновой кислоты в Университете ИТМО

Однако ученые из ИТМО нашли способ преодолеть это препятствие. Они впервые использовали в качестве сорастворителя диметилсульфоксид — широко распространенный лекарственный препарат для наружного применения. Его включение сделало нановолокна не только абсолютно безопасными для человека, но также добавило им антисептический и анестезирующий эффекты.

Разработки подобного рода имеют большой потенциал в создании лекарственных препаратов, которые будут иметь высокую эффективность, низкий уровень системного воздействия, направленное действие на пораженные участки организма, и при этом не обладать побочными действиями.

Перейти к содержанию